Log in to StudySoup
Get Full Access to UA - BSC 450 - Study Guide
Join StudySoup for FREE
Get Full Access to UA - BSC 450 - Study Guide

Already have an account? Login here
Reset your password

UA / Biology / BCMB 450 / What are the 6 PARTICULARLY important intermediates & their functions?

What are the 6 PARTICULARLY important intermediates & their functions?

What are the 6 PARTICULARLY important intermediates & their functions?


School: University of Alabama - Tuscaloosa
Department: Biology
Course: Fundamentals of Biochemistry
Professor: Ramonell
Term: Summer 2015
Cost: 50
Name: BSC 450 Final Exam Study Guide
Description: Based off Dr. Ramonell's study guides for all new material and cumulative material.
Uploaded: 12/08/2015
23 Pages 6 Views 10 Unlocks

Study Guide for Chapter 14: Glycolysis – BSC 450/550

What are the 6 PARTICULARLY important intermediates & their functions?

1. Describe and understand the importance of phosphorylated intermediates in glycolysis. a. All 9 glycolytic intermediates are phosphorylated; serve 3 functions

i. Addition of phosphorylation prevents sugar from leaving the cell

1. Plasma membrane lacks transporters for phosphates sugars

2. No further energy expended to retain sugar intermediates

3. Ex. G6P

ii. Enzymatic conservation of metabolic energy

1. Energy released in breakage of phosphoanhydride bonds (e.x. 

hydrolysis of ATP  energy release)

2. Partial conservation in formation of phosphate esters (i.e. G6P)

iii. Phosphate groups + enzyme active sites  binding energy  lowered  activation energy & increased reaction specificity  (incorporation of Mg2+ essential to function)

b. 6 PARTICULARLY important intermediates & their functions:

What is Phosphoglucose isomerase?

i. Glucose­6­phosphate (G6P): keeps glucose from leaving the cell; 

maintains concentration gradient so rxn can procede 

ii. Fructose­1,6­Bisphosphate: ONLY molecule that can go into pyruvate production pathway

1. 1st committed step of glycolysis

iii. Glyceraldehyde­3­Phosphate (G3P): oxidized to form NADH

iv. 1,3­BPG: key intermediate­­dephosphorylated to produce 2 ATP

v. Phosphoglycerate (PGA): high­energy molecule, 2 ATP produced

1. Catalyzes subsequent glycolysis step

vi. PEP: high­energy molecule, 2 ATP produced from dephosphorylation  pyruvate

2. Know the enzymes involved in glycolysis.  Know their associated cofactors, what  reaction they perform and note any unique aspects of the reaction mechanism.

a. ***Hexokinase: phosphorylation of glucose @ C6  Glucose­6­phosphate(G6P) i. Coordinated by Mg2+ 

How to understand the difference between substrate level phosphorylation and oxidative phosphorylation?

b. Phosphoglucose isomerase:  G6P  F6P

i. Moving carbonyl and hydroxyl grops

1. Forms linear enediol intermediate

2. Avoid negative buildup

3. Step 1: binding/opening ring

a. His’s in active site coordinate ring­opening Don't forget about the age old question of punnett square 4x4

b. Active­site base glutamate w/n enzyme

4. Step 2: proton abstraction—forms intermediate

c. ***  Phosphofructokinase­1 (PFK­1): F6P  Fructose­1,6­Bisphosphate (F­1,6­ BP)

i. TIGHTLY regulated enzyme

ii. Mg2+ as cofactor == stabilizes ATP

1. Neutralization interactions w/ alpha and beta phosphates

2. Acts like “giant proton”

d. Aldolase: F­1,6­BP cleaved into 2 triose molecules (G3P & DHAP) i. (not favorable)

ii. 2 classes:

1. plants/animals: enolate & Schiff base intermediate 

a. covalent catalysis w/ Lys @ active site

2. fungi/bacteria: enolate intermediate

a. metal ion assisted catalysis w/ Zn2+ ion in active site to  Don't forget about the age old question of pols 2312

coordinate w/ carbonyl and stabilize enolate 

e. Triose phosphate isomerase: interconvert triose phosphates

f. Glyceraldehyde 3­phosphate dehydrogenase: G3P 1,3­BPG

i. Carbonyl  hydroxyl functional gropu on C1

g. Phosphoglycerate kinase: 1,3­BPG  3 Phosphoglycerate (PGA) + NADH i. Step 1: enzyme­substrate complex formation

1. Active­site Cys

2. More reactive form: reduced pH, NAD+ bound, thiolate form

ii. Step 2: covalent thiohemiacetal linkage btwn substrate & S in Cys iii. Step 3: enzyme­substrate complex oxidized by active­site NAD+ iv. Step 4: NADH leaves; immediately replaced

v. Step 5: phosphorolysis of covalent thioester linkage  release of of 1,3­ BPG

h. Phosophoglycerate mutase: 3­PGA  2­PGA

i. Isomerization rxn involving transfer of functional group

ii. 2 His active­site residues If you want to learn more check out what is the mass of 3.000 mol of calcium

1. 1 part of –OH transfer C2C3, other is base then acid catalyst

i. Enolase: 2­PGA  phosphoenol pyruvate (PEP)

i. Dehydration rxn

j. ***Pyruvate kinase: dephosphorylation PEP  Pyruvate

i. Metal­assisted rxn: Mg2+, K+, Mn coordinate charges in active site to add  phosphate to ADP

k. “***” indicates tightly regulated enzyme

3. Be able to apply common reaction mechanisms to new metabolic problems. Be able to  describe what type of reaction or mechanism would be required to reach a given  molecule.

a. Common reaction mechanisms:

i. Phosphorylation/ dephosphorylation: done w/ kinase (either adds Pi to  sugar OR removes from sugar to add to ADP  ATP

1. Indicative of substrate­level phosphorylation

ii. Oxidation: occurs via dehydration by enzyme “­dehydrogenase”

1. Often done to substrate so NAD+ can be reduced  NADH and act  as electron carrier If you want to learn more check out the personal traits and social positions that members of a society attach to being female or male are called

iii. Isomerization: generally done w/ “­isomerase” enzyme

iv. Cleavage: enzyme ending w/ “­ase” (ex. aldolase)

4. Know the four basic problems that must be addressed in glycolysis and how they are  solved.

a. Preparatory phase (Problems 1 &2)

i. transform 6C molecule (glucose)  2 3C molecules (G3P & DHAP) ii. G3 + DHAP  2 G3P

1. Conversion to avoid wastefulness of 2 pathways  pyruvate

2. Isomerization rxn

b. Payoff phase (Problems 3& 4)

i. Generate ATP for cell

1. Substrate­level phosphorylation

2. Must generate high­energy molecules: PEP + 1,3­BPG

ii. G3P  pyruvate

1. Simplest steps possible to generate pyruvate + high­energy 


5. Understand how NAD+ and NADH work in the cell.

a. In glycolysis, NAD+ reduced  NADH to be an electron carrier in CAC i. Reduction of NAD+ achieved by oxidation of sugar intermediate

1. Transfer of hydride ion If you want to learn more check out which of the following argues that scientific findings should form the foundation for management education?

ii. NADH = reduced coenzyme

iii. NAD+ = hydrogen acceptor bound to ROSSMAN FOLD

b. NAD+ concentration in cell (< 10­5 M)much smaller than amount glucose  metabolized in a few minutes

i. Continuous reoxidation & recycling of NADH necessary for continuation  of glycolysis

6. Understand how high energy compounds are generated in glycolysis and why they are  formed.

a. High energy compounds: PEP; 1,3­BPG, pyruvate (final product of glycolysis,  but still has lots of energy to be harvested—addressed in CAC)

i. Formed by phosphorylation

1. Attack by Pi on covalent thioester substrate­enzyme complex

b. Formation of high­energy products in glycolysis: exergonic; coupled to  endergonic ATP production (ATP production could not occur, otherwise) c. Formed so that they can be dephosphorylated to phosphorylate ADP  ATP i. Substrate­level phosphorylation—occurs twice in glycolysisWe also discuss several other topics like studysoup credibility

7. Understand the difference between substrate level phosphorylation and oxidative  phosphorylation.

a. Energy production

i. Substrate­level: only net production of 2 ATP (4 produced – 4 required) 1. ATP produced by transfer of phosphoryl group from substrate (i.e. 

1,3­BPG) to ADP 

ii. Oxidative: LOTS produced

b. Process/ location 

i. Substrate level: cytoplasm (phosphate transfers in glycolysis)

ii. Oxidative: on cristae in mitochondria (electrochemical gradient)

8. Know the various fates of pyruvate in the cell.

i. Hypoxic / anaerobic conditions  fermentation

ii. 2 Lactate (vigorously contracting muscles, erythrocytes, some 

microorganisms) OR 2 ethanol + 2 CO2 in yeast

iii. NAD reoxidized

iv. Requires 15x more sugar for same energy output

b. Aerobic conditions  2 Acetyl­CoA  citric acid cycle 4 CO2 + 4 H20

Study Guide for Chapter 16: The Citric Acid Cycle – BSC 450/550

1. Understand the structure and functions of the enzymes in the pyruvate dehydrogenase  complex (and  ­ketoglutarate dehydrogenase complex) including their associated  α cofactors.

a. E1: pyruvate dehydrogenase: decarboxylation rxn of pyruvate

i. Decarboxylation  due to thiazolium ring of TTP

ii. PD transfers hydroxyethyl to E2

iii. Structure: 1­domain enzyme, centrall bound TPP at active site

iv. Cofactor: Thiamine pyrophosphate (TPP)

1. Electron sink, contains thyazolium ring

b. E2: dihydroplipoyl transacetylase: reduce Acetyl CoA

i. Transfers C2 group to CoA  2 Acetyl CoA

ii. Acetyl CoA can enter Citric Acid Cycle)

iii. Transfers some electrons to NAD  energy

1. Yields  2 NADH

iv. Structure: HUGE protein complex—60 subunits

1. 3 functionally distinct domains

a. lipoyl domain: amino­terminal, containing lipoyl­Lys 


b. E1­ and E3­ binding domain (central)

c. Acyltransferase domain (core), contains acyl­transferase 

active site

v. Cofactors: CoA, lipoamide

1. Depends on cooperative binding to function

a. Intermediates too reactive to bind, otherwise

2. Lipoyllysyl moiety: prosthetic group of dihydrolipoyl 


a. Lipoate + Lys side chain = long, flexible arm that swings 

from active site E1 to active sites of E2 and E3

c. E3: dihydrolipoyl dehydrogenase

i. Regenerates NADH immediately after it’s been reduced

ii. Reduces E2

iii. Structure: 1­domian protein; centrally bound FAD at active site

iv. Cofactors: FAD, NADH

1. NADH carriers electrons produced to CAC

2. Oxidation of FAD resets E3

2. Understand the chemical roles and unique attributes of the enzymes involved in the Citric Acid Cycle.

a. Citrate synthase: catalyzes 1st rxn in CAC

i. Rxn = Claissen condensation of Acetyl­CoA + Oxaloacetate  citrate b. Aconitase: isomerizes tertiary hydroxyl group of citrate (2 step process) i. Step 1: dehydration

1. Citrate  cis­aconitate intermediate (source of enzyme name)

a. H & ­OH removed

ii. Step 2: rehydration

1. Intermediate  isocitrate (H & ­OH added back differently)

2. Even w/ catalysis, not a favorable rxn

a. Relies on low oxaloacetate concentration

iii. Uses Fe­S cluster; regulates Fe homeostasis

1. Central Fe key to enzyme function—balances negative charge

c. Isocitrate dehydrogenase: catalyzes 1st decarboxylation of isocitrate i. Isocitrate  alpha­ketogluterate (+ CO2 + NADH)

ii. 3 steps

1. oxidation sets stage—hydride transfer to cofactor NAD(P)+

2. decarboxylation: Mn = essential coordinating metal cofactor

3. rearrangement of enol 

d. Alpha­ketogluterate dehydrogenase complex: catalyzes 2nd decarboxylation  i. Alpha­ketogluterate  succinyl dehydrogenate (HIGHLY reactive)

ii. 3 enzymes (like in CAC entry rxn & photosynthesis, w/ same cofactors) 1. E1: alpha­ketogluterate dehydrogenase

a. Coenzyme: TPP

b. Decarboxylation rxn of alpha­ketogluterate

2. E2: lipoyl acetyl transferase

a. Coenzyme: CoA, lipoamide / lipate (swinging arm)

b. Add CoA

3. E3: Lipoyl dehydrogenase

a. Coenzyme: FAD, NAD

b. Generates NADH

c. Succinyl­CoA product continues in cycle

e. Succinyl­CoA synthetase: harvests energy from Succinyl­CoA

i. Energy in GTP­form—immediately converted  ATP

ii. Enzyme intermediate = phosphohistidyl enzyme

1. His = essential residue

iii. Generates succinate, which continues in cycle

1. Succinate production marks beginning of recycling stage

f. Succinate dehydrogenase: oxidizes Succinate  trans­fumarate 

i. FAD as cofactor—FADH2 produced

ii. Stereospecific product

g. Fumarase: hydrates fumarate  L­malate

i. Stereospecific reactant and product—VERY specific, highly evolved h. Malate dehydrogenase: oxidizes L­malate  oxaloacetate

i. Oxaloacetate regenerated—restart cycle w/ initial electron acceptor ii. NAD as cofactor—NADH produced

3. Understand the types of reactions that take place in the Citric Acid Cycle and know the  final products of the cycle.

a. Products: NADH, FADH2, GTP, (regeneration oxaloacetate), 4 CO2, 4 H2O b. Reaction types:

i. Claissen condensation: citrate synthase

ii. Dehydration­oxidation: aconitase & (fumarase + malate dehydrogenase) iii. Carboxylation: isocitrate dehydrogenase, alpha­KG dehydrogenase  complex

iv. Oxidation: succinate dehydrogenase

4. Understand the role of Aconitase in iron homeostasis.

a. Aconitase has Fe­S cluster in center: acts in formation of enzyme­substrate  complex and in catalytic addition or removal H2O

b. Fe­depletion in cells cells  Fe­S cluster disassembly  loss of aconitase activity c. Aconitase w/o Fe­S = apoaconitase—has new capability

i. Binds to mRNA sequence encoding ferritin and the transferrin receptor,  which effect iron mobilization and iron uptake

ii. Iron regulartory proteins (IRP1 and IRP2) bind to these sequences (Iron  response elements or IREs) to block ferritin synthesis

iii. Apoaconitase binds to IREs instead of IRPs  more efficient iron uptake  and reduced iron storage in Fe­deficient cells

iv. Normalization of cellular Fe concentration  IRP1 converte to aconitase  (w/ Fe­S cluster)

1. IRP2 undergoes proteolytic degradation, ending low­Fe response

5. Know the difference between a biochemical pathway and a biochemical cycle. a. Biochemical pathway: series of chemical reactions occurring within a cell

i. Catalyzed by enzymes; each product becomes substrate for subsequent  enzyme

ii. Reactant DOES NOT = product(s)

iii. Typically regulated by feedback inhibition

iv. Ex. glycolysis

b. Biochemical cycle: 

i. Also enzyme­catalyzed w/ each product becoming substrate for 

subsequent enzyme—INCLUDING THE LAST ONE

ii. End product of reaction is a reactant or substrate that starts the pathway iii. Regeneration built into cycle (not separate feedback inhibition process) iv. Ex. CAC

6. Understand the unique attributes of the enzyme fumarase.

a. HIHGLY stereospecific enzyme—w/ respect to reactant and product

i. Catalyzes hydration of the double bond of fumarate (but not the double  bond of its cis­ isomer maleate)  L­malate

ii. Rxn is reversible, but equally stereospecific

1. Fumarase will only act upon L­malate; D­malate not a substrate

Study Guide for Chapter 19: Oxidative Phosphorylation 

1. Understand the anatomy of the mitochondria and the organization of the membranes a. outer membrane: freely permeable to small molecules and ion

i. porins: integral membrane proteins allow most ions below certain size in b. inner membrane: impermeable to most ions/ particles (even protons)

i. require specific transport

ii. contains: respiratory electron carriers (Complexes I­IV),  ADP­ATP 


ATP synthase (F0F1, specific transport for protons), other membrane


c. matrix: interior of mitochondria; site of CAC

i. contains: pyruvate dehydrogenase complex, CAC enzymes,  fatty acid beta

oxidation enzymes, amino acid oxidation enzymes, DNA, ribosomes, ATP/  ADP, metal ions, many enzymes, soluble metabolic intermediates

d. cristae: continuous w/ inner membrane

houses thousands of copies of ETC (Oxidative phosphorylation)

2. Know the proteins and cofactors / prosthetic groups involved in oxidative phosphorylation 4 complexes build proton gradient (though sometimes, a 5th is counted in with them)

1. NADH dehydrogenase –Complex I

a. Cofactor: FMN (flavoprotein)—primary electron acceptor from NADH (1 e­­) b. Fe­S Cluster  (also present in Complexes II­IV)

i. Single electron carriers

ii. Coordinated by Cys in protiens

iii. His  Rieske Fe­S proteins

iv. Same # Fe and S molecules

v. Moving from matrix  intermembrane space

1. Chain electrons accepted / donated to move across membrane

2. Succinate dehydrogenase – Complex II

a. Cofactor: FAD (flavoprotein)—primary electron acceptor, becoming FADH2 3. Cytochrome bc1 –Complex III

a. Cytochromes = heme­containing proteins: Types a, b, c

i. A,b,c differ by ring additions (Fe­coordinated porphirin ring)

ii. Hydrophobic isoprenoid tail for docking

b. CoQ / Ubiquinone—CIII does Q cycle

i. Semiquinone: single electron carrier

1. Hangs around to pick up 2n electron carrier

2. Picks up protons to balance charge

3. Docks elsewhere via hydrophobic tail

4. Cytochrome oxidase – Complex IV

a. Also contains cytochromes (see above)

5. ATP Synthase – Complex V

Part of respiratory chain, not ETC

3. Understand and be able to describe electron flow through the proteins / cofactors / molecules  involved in oxidative phosphorylation. –Q CYCLE!!!!

a. CI & CII  Q (a.k.a. ubiquinone)

i. pass fr NADH thru flavoprotein w/ cofactor FMN to Fe­S center N2 (CI)  Q 1. electrons go thru C1 if derived from beta­oxidation, succinate oxidation (CAC), cytosolic rxns

ii. succinate binding site on subunits  flavoprotein w/ cofactor FAD and     series of Fe­S cluster on subunits A& B (CII)  Q (bound to B)

1. electrons go thru CII if derived from succinate

2. heme b group (btwn C & D subunits)protects against formation of 

reactive oxygen species (ROS)

iii. other electrons – G3P  flavoprotein (G3P­dehydrogenase) on outer face of       inner mitochondrial membrane  Q

b. Q reduced  QH2: mobile electron/proton carrier

i. passes electrons  CIII

ii. electrons from beta­oxidation of fatty acids also enter here

c. CIII  cytochrome c (mobile connecting link)

d. cytochrome c is reduced; passes electrons  CIV

e. CIV passes electrons  O2 (final electron acceptor)

O2 is reduced to H2O

ALSO CIII coordinates Q cycle

∙ coenzyme QH2 CIII, Binding at P side of membrane ­­ intermembrane space. ∙ QH2 gives 1 electron  Rieske Fe­S center

o Fe­S transfers of the electron to cytochrome c1, becoming reoxidized

o Electons passed from cyctrochome c1  cytochrome c (out of complex o  QH2 becomes semiquinone radical after losing that electron

∙ second electron transferred from semiquinone  cytochrome bL (heme bL)  cytochrome  bH (heme bH)  another CoQ bound at N side of membrane­­matrix 

o CoQ fully oxidized upon passing 2nd electron  b cytochromes

o CoQ may then dissociate from its P side binding site

∙ 2H+pumped out to intermembrane space

4. Understand how the proton gradient is generated between the matrix and the intermembrane  space. Know the difference between the P side and the N side of the membrane.

a. energy of electron transfer conserved in proton gradient

i. transfer of 2 electrons from NADH  oxygen creates LOTS of energy, used to     pump protons out of the matrix

ii. 1 pair electrons transferred to O2  10 protons pumped out 

1. 4 by CI, 4 by CIII, 2 by CIV

iii. electrochemical energy gradient serves as temporary storage for energy of                   highly exergonic electron transfer

b. P side (Positive side): intermembrane space

i. higher [ H+]

c. N side (Negative side): matrix

i. lower [ H+]

5. Understand what makes up the proton­motive force.

a. 2 components  net effect: ΔG 

1. chemical potential energy: ΔpH 

i. difference in [H+] btwn 2 regions separated by membrane (IMS & 


2. electrical potential energy: Δ ψ 

i. charge separation when  proton crosses membrane w/o counteranion 

6. Know the basic structure of the H+­ATP synthase. Understand how protons move through the  protein and how ATP is synthesized. Understand the interplay between the F0 base and the F1 head group

F1 head + F0 base + proton channel

Key Asp resiue coordinates

Gamma “ stick” btwn channel and head

Turns w/ proton movement—transmits movement

Rotates through all 3 dimers

Alpha­beta pair forms enzyme active site

Nucleotide active site on beta

ADP + Pi  ATP

Gamma­subunit turning

Alpha helices interact w/ alpha­beta pairs

Each helix has different face

Face contact  interaction: several configurations­­cyclical

Open     loose  tight     open Empty ADP +Pi bound ATP formed ATP released

Study Guide for Photosynthesis – Chapter 19 

1. Know the structural details of leaf and chloroplast anatomy including the unique features  of each.

Outer  inner

a. Epidermis: outermost layer 

b. Palisade parenchyma: “powerhouses” filled w/ chloroplasts

c. Vascular system

i. Xylem: water transport

ii. Phloem: sugar transport

d. Spongey mesophyll: only site of gas exchange & water loss

i. Rest of plant has waterproof wax coating

ii. CO2 diffuses in; O2 diffuses out

iii. Pore = stomata

e. Maximize # light photons captured

2. Understand why and how light energy is absorbed by chloroplasts and used to power  photosynthesis.

a. Why: light energy drives photosynthesis via the creation of electron acceptors /  donors

i. Complex excites electrons, which, at their higher­energy state, can be  picked off by ETC

b. How: 5­step process

i. Light photons excite light harvesting/ antenna molecule (chlorophyll or  accessory pigment

1. Electron raised to higher level

ii. Excitation transfer: excited antennae molecule passes energy to 

neighboring chlorophyll molecule, exciting it

iii. Energy transferred to rxn­center clorophyll

iv. Excited reaction­center chlorophyll passes an electron to an electron  acceptor

v. Electron hole in rxn center filled by electron from electron donor

vi. Absorption of photon  separation of charge in rxn center  electrochem  gradient  energy/ ATP to power photosythesis

3. Know the major accessory pigments, their functions, relative abundance and absorption  spectra. 

4 main plant photopigments (in order of relative abundance):

a. chlorophyll a: green

i. function: most important visible light absorption/ harvesting

ii. absorption—approx peak: 665 nm and 465 nm

1. slightly better absorption than b

iii. 2x more a than b in most plants

b. chlorophyll b: green

i. function: visible light absorption/ harvesting

ii. absorption—approx peak: 640 nm (red) and 450 nm (violet blue)

c. lutein (xanthophyll): yellow; type of carotenoid

i. function: protects plant from excess light ( damaging radical formation) 1. radiates out extra light/ energy

2. assists chlorophylls w/ light absorption 

ii. absorption spectrum: 400­530 nm

d. beta­carotene: red­orange isoprenoid; type of carotenoid 

i. function: protects plant from excess light ( damaging radical formation) 1. radiates out extra light/ energy

a. secondary protector (xanthophyll = primary)

2. assists chlorophylls w/ light absorption 

ii. absorption spectrum: 400­500 nm (blue­green in visible light spectrum;  also some absorption in UV region)

e. phycoerythrin: found more in bacteria/ algeae, lower plants

i. absorbs lower light

4. Know the proteins and cofactors / prosthetic groups involved in photosynthetic electron  transport.

1. Large protein complexes embedded in thylakoid membrane: ETC

a. PSI

i. PSI + FD + FNR +  NADPH

ii. Several peripheral membrane proteins attached to stromal side (see 4) b. PSII

i. Associates w/ water­splitting enzyme

ii. Proton gradient built btwn (outside) stroma and lumen

iii. Want all energy left in stroma (for Calvin Cycle)

c. Cytochrome b6f

2. Mobile carriers

a. plastoquinone (PQ)—hydrophobic (2­electron carrier)

b. plastocyanin (PC)—hydrophilic (1­electron carrier)

3. proton­ATPase  ATP (from gradient)

4. peripheral membrane proteins attached to stromal side of PSI

a. ferrodoxin (FD)

b. ferrodoxin NAD reductase (FNR)

5. Fe­S protens, Cu proteins/ ions

a. help perform electron transport (similar to OP)

5. Understand and be able to describe electron flow through the proteins / cofactors /  molecules involved in the light reactions.

a. Cyclic flow

i. PSI (P700) CARRIERS ferredoxin   cytochrome b6f complex  PC  PSI again

ii. Accompanied by proton pumping by cytochrome b6f complex

b. Noncyclic flow: “Z scheme”

1. Electrons from H2O PSII (P680) 

2.  Pheo=­­> PQA  PQB  Cytochrome b6f complex 

3. PC  PSI (P700) electron acceptor chlorophyll (A0) 

4. Phylloquinone (A1)  Fe­S  Fe­S cluster 

5. ferredoxin (Fd)  flavoprotein frredoxin: NADP+ oxidoreductase 

(Fdred)  NADP+ 

6. (NADP+ reduced  NADPH) 

6. Know the major products of the light reactions and the Calvin cycle and the locations of  these two processes.

a. Light reactions:

i. Products: ATP, NADPH, O2

ii. Location: thylakoid membrane of chloroplasts

b. Calvin cycle (a.k.a. Light­independent reactions):

i. Products: ADP + PI,  NADP+ , sugars (sucrose or starch)

1. Sucrose: synthesized in cytoplasm

2. Startch: stored/ produced in chloroplast (no transport)

ii. Location: stroma of chloroplast

7. Understand how the water­splitting complex of PS II works.

a. Water­splitting enzyme has 2 parts

i. Mn cluster w/ calcium ion= active site—splits water

ii. Tyr residue—KEY

iii. Intermediate btwn enzyme complex & P680

b. P680 resets self by immediately “stealing” electron from Tyr

i.  Tyr radical; not favorable

ii. Tyr stabilizes by stealing electron from Mn

iii. Mn stable from 2+ ­ 4+ so OK

c. Electron­stealing process happens 4 times

i. Each time, Mn becomes stronger oxidizer (strongest after 4th excitation) ii. Capable of splitting 2 H20 molecules

iii. PSII Takes back 4 electrons to reset itself

8. Know the distribution of the photosynthetic machinery on the thylakoid membranes. Left  right

PSII (P680)  Q cycle (PQ/ PQH2) Cytochrome b6f   PC  PSI (P700)  ATP  synthetase 

PSII: thylakoid stacks

PSI in lamellae

Cytochrome b6f mostly in lumen

9. Understand how the proton gradient is generated between the lumen and the stroma.  Know the difference between the P side and the N side of the membrane. a. How: VERY similar mechanism to mitochondria

i. CF0 like mitochondrial F0: transmembrane proton pore composed of  several integral membrane proteins 

ii. CF1 like mitochondrial F1: peripheral membrane protein complex

iii. ATP synthase complexes on the outside of thylakoid membranes (N  stromal side)—opposite of complexes on inside of mitochondria (N matrix side)


iv. ADP & Pi condense on enzyme surface  release of enzyme­bound ATP  requires proton­motive force

v. Rotational catalysis engages all 3 beta subunits of ATP synthase 

1. ATP synthesis subunit

2. ATP release subunit

3. ADP + Pi binding subunit

b. P side (Positive side): lumen

i. higher [ H+]

c. N side (Negative side): stroma

i. lower [ H+]

10. Understand basic information about the Calvin cycle (READ Chapter 20 pages 799­809)  such as:

a. Location of Calvin Cycle

i. Stroma of chloroplast

b. Enzyme that catalyzes initial carboxylation/fixation reaction

c. Three stages of the Calvin cycle

1. CO2 fixation

2. Reduction 3PGA  G3P

3. G3P  RuBP (regeneration)

d. Initial acceptor molecule that must be regenerated

i. RuBP

e. Sugar precursor that is formed

i. G3P

Study Guide for Comprehensive portion of the Final Exam – BSC 450/550 

Chapter 2: 

1. Use the Henderson­Haselbach equation to solve problems. 

      2. Be able to interpret titration curves of weak acids and bases i.e. areas of greatest and           least buffering, etc.

Reveals pk_a (at center) 

3. Understand how buffers work and what buffering capacity means.

a. Buffers added to solution to reduce the increase of acicidity or  basicity as acid or  base is added (i.e. change in pH)

b. Buffering capacity: pH range at which buffer is able to resist/ minimize pH  change

i. Flatter portion near middle of titration curve

ii. Works best w/n 2 pH units of pH of original solution (+/­ 1 unit)

iii. Ex. for blood pH = 7.4, the range would be 6.4­8.4

iv. Max buffering capacity: pH = pk_a

Chapter 3: 

1. Know the structure, three letter code and single letter code for the amino acids. • Aliphatic: Ala (A), Val (V), Leu (L), Ile (I), Met (M), Pro (P), Gly (G) • Nonpolar, aromatic: Phe (F), Tyr (Y), Trp (W) 

• Polar, uncharged: Cys (C), Ser (S), Thr (T), Asn (N), Gln (Q)

• Polar, positively charged: His (H), Arg (R), Lys (K)

• Polar, negatively charged: Asp (D), Glu (E)


∙ Hydrophobic (aliphatic): Ala (A), Val (A), Leu (L), Ile (I)

∙ Hydroxyl­containing: Ser (S), Thr (T)

∙ Aromatic: Tryptophan (W), Tyrosine (Y), Phenylalanine (F)

∙ Sulfur­Containing: Cys (C), Met (M)

∙ Outlier: Pro (P), His (H)

∙ Acidic: Asp (D), Glu (E)

∙ Amide­containing:  Asn (N), Gln (Q)

∙ Basic: Lys (K), Arg (R)

2. Be able to interpret titration curves of amino acids and calculate pI. • pI = average of pk’s on either side of zwitterionic state of aa

• zwitterion: net charge = 0

• sum of charges on carboxyl group, amino group, and side chain

Chapter 6 

1. Be able to determine Km and Vmax from data in a table or on a plot.

a. Vmax : highest value of v

b. Km: [S] corresponding to half that value

c. Km = (K­1+ K2) / K1 = [S] @ V0 = .5 x Vmax

i. K1 : describes ES formation

ii. K­1 : describes ES breakdown

iii. k2 : describes product formation (irreversible, rate­determining)

d. vm = maximum velocity (plateau of hyperbola on Michaelis plot) as [S] is  increased

i. reached when all enzyme activates sites are filled with substrate, forming  ES complex (doesn’t count if it’s an ESI complex)

e. km / Vmax  = slope of Lineweaver­Burk plot

f. decreasing km  better enzyme

i. less substrate needed to get to same velocity

g. increasing vmax  better enzyme

h. kcat / km = specificity constant: good measure of enzyme efficiency

i. “catalytic perfection”: specificity constant 108­109 M­1S­1 

2. Understand and be able to recognize the different enzyme kinetic mechanisms (sequential vs. ping­pong).

a. Sequential: substrates bond to enzyme concurrently, forming noncovalent ternary  complex

i. Random: substrates bind in either order

ii. Ordered: necessary that 1 binds for the next to bind efficiently

b. Ping­pong (i.e. double displacement): first substrate converted to product before  2nd substrate binds to transformed enzyme; release of 2nd enzyme regenerates  original enzyme; no ternarny complex

i. Denoted by 2 parallel slopes on Lineweaver­Burke plot

3. Be able to identify the different types of enzyme inhibition.

a. Irreversible: permanent shutdown

i. Suicide (i.e. mechanism­based): irreversible covalent bonding; hijack  enzyme’s normal mechanism to produce inactive form; useful in rational  drug design

ii. Transition­state analogs: very tight noncovalent binding; 

Resembles transition states; fits enzyme active site better than 


                     b. Reversible

        i. Competitive: bind to active site of E

ii. Uncompetitive: bind to TS on another site once ES complex has formed iii. Noncompetitive (mixed): binds at site that isn’t the active site; can bind to  either E or ES 

4. Be able to recognize different mechanisms of enzyme kinetics and enzyme inhibition  from Lineweaver­Burk plots.

a. Enzyme inhibition

i. Competitive: inhibits substrate binding; no effect on catalysis

1. No change vmax; increase in km

2. no change in kcat

3. slopes intersect at y­axis

ii. Uncompetitive: inhibits catalysis; does not affect substrate binding

1. Decrease in vmax; decrease in km; no change vmax / km

2. No change in kcat

3. parallel slopes

iii. Noncompetitive/mixed: inhibits substrate binding and catalysis

1. Decrease in vmax; no change in km;

2. Reduced kcat

3. slopes intersect left from y­axis

b. Enzyme kinetics

i. intersection of slopes at single point: ternary complex

1. ordered or random

2. intersection away from y­axis

ii. parallel slopes: ping­pong (double displacement)

Chapter 7 

1. Understand carbohydrate naming (triose, ketone, aldehyde, etc.) and vocabulary  (epimers, anomers, pyranose).

a. Aldo/keto + __prefix__ + “ose”

i. Prefix: triose: 3C; tetrose: 4c; pentose: 5C; hexose: 6c, heptose: 7C…

ii. Epimer: 1 of 2 isomers with different configurations around 1 

asymmetrical C

iii. Anomer: specific type of epimer; 1 of 2 stereoisomers w/ differing 

configuration only at hemiacetal/acetal carbon (a.k.a. anomeric carbon)

iv. Pyranose: 6­membered carbohydrate ring w/ 5 C’s, 1 O

v. Furanose: 5­membered carbohydrate ring 2/ 4 C’s, 1 O

2. Be able to name glycosidic linkages.

a. Determine configuration of each sugar, pre­linkage

i. When linear: L v. D; look @ C furthest from carbonyl C

1. –OH on left = L; ­OH on right = D

ii. Alpha v. beta: look at anomeric C

1. Alpha: anomeric –OH on opposite side of –OH on C6

2. Beta: anomeric –OH on same side of –OH on C6

b. Name left  right; nonreducing  reducing

i. 1. Nonreducing configuration (L/D­alpha/beta) + 2. Nonreducing name,  cutting off at “­o” + furanosyl / puranosyl + 3. “(#C of original hemiacetal   #C of original alcohol)” (most common 14) + 4. Reducing 

configuration + 5. Reducing name

Chapter 8 

1. Understand the various molecular mechanisms responsible for DNA mutagenesis a. Oxidative (more easily repaired by cellular processes)

i. Spontaneous

1. Deamination

a. Slow, daily process (100 C­U per day)

2. Depurination

a. Hydrolysis of beta­N­glycosyl bond (loss base, form AP 


b. Significant for purines (10k lost per day)

c. Repaired by base­excision repair

ii. Reactive chemicals

1. Oxidation by hydroxyl radical

a. Hydroxylation of guanine

b. Mitochondrial DNA most susceptible 

2. Methylation of guanine (on carbonyl O)

b. Radiation 

i. UV (dimerization of thymidine)

1. Main mechanism for skin cancer

ii. X­ray (break covalent bonds  ring opening, strand breaking )

1. Ionizing

2. Worst kind; most difficult to repair

2. Understand why the inclusion of thymine in DNA only was an important evolutionary  leap

a. “better protection” of DNA storage molecule

i. spontaneous deamination transforms C  U

1. genetic mutation  high A=T : G=C ratio

2. example of spontaneous oxidation damage to DNA

a. easiest to repair

ii. repair enzyme: uracil DNA glycosylase  

1. can safely excise U bases from double­stranded DNA formed due 

to this process, bc they should never be there

2. indicates problem; initiates repair

3. would not be able to do this in RNA, where U bases are 

legitimately present

b. more important to have this feature in DNA, bc mRNA is short­lived but DNA  errors are passed on in every replication

Chapter 10: 

1. Know the basic functions and structures of the lipid soluble vitamins A, D, E and K. a. Vitamin A: vision (particularly light sensitivity and night vision)

i. Rods and cones: cis  trans configuration when dark  light

b. Vitamin D: calcium uptake

i. Activated in 2 steps in skin by UV light

ii. Cholecalciferol (Vit D3): activated inside the body

c. Vitamin E: antioxidant

i. Interact w/ free radicals to inactivate them  quenching

ii. more prevalent in mitochondria due to greater oxidation susceptibility d. Vitamin K: essential to blood clotting; activates prothrombin

Chapter 11: 

1. Understand the concept of lipid rafts, how they are formed and why they are important. a. Formed in membrane from cholesterol­sphingolipid association

b. A. k. a. microdomains: thicker and more ordered than surrounding monolayer of  PM leaflets

c. Enriched by 2 classes of integral membrane proteins

i. GPI­anchored proteins (outer)

ii. Cys­attached proteins w/ 2 long­chain saturated  FA’s (inner)

d.  vesicle formation – important for endocytosis

i. caveolin  (ex. Cys­attached) recruits claithrin  endocytosis

e. role in signaling

2. Understand the mechanisms behind the ability to curve the cell membrane, form vesicles  and fuse them to other membranes.

a. Fusion

i. **Sperm + egg

ii. Endosomes + lysosomes

iii. Small vacuoles  larger vacuoles (plants only)

b. Membrane curvature

i. Vesicle formation (budding) from Golgi complex

ii. Exocytosis

iii. Endocytosis

1. Mechanism of viral infection

iv. **cell division—separation of 2 plasma membranes

c. Both: neurotransmitter release

Chapter 12: 

1. Describe the six basic types of signal transducers in the cell.

a. G protein­coupled receptor (GPCR) –see #6a for more detail

i. External ligand binds to receptor  intracellular GTP­binding protein  activation

ii. Activation  regulation of enzyme that generates intracellular 2nd 


iii. Best­studied receptor: targets 50% of drugs

1. Ex. beta blocker: suppresses fight/flight response  reduced 


b. Receptor tyrosine kinase: ligand binding  tyrosine kinase activity 


i. Kinase  transcription factor alteration  altered gene expression

ii. Predominant in animals; Ser/Thr more common in plants

c. Receptor guanylyl cyclase: ligand binding to extracellular domain  formation  cGMP (2nd messenger)

d. Gated ion channel: opens/closes based on signal ligand concentration or  membrane potential

i. Specific response to extracellular ligand

ii. Simplest type of bonding

e. Adhesion receptor (integrin): binding molecules in ECM  altered  conformation  changed interaction w/ cytoskeleton

i. tails for clamping onto cytoskeleton

ii. physical transduction across membrane

1. bent = off; straight = on –recruits adapters

f. Nuclear receptor: hormone binding  regulation of specific genes

2. Describe the five factors that contribute to the sensitivity / unique properties of signal  transduction pathways

a. Specificity: ONLY particular signaling molecule fits complementary binding site  on receptor

b. Amplification: enzymes affecting enzymes  geometric increase in affected  molecules  enzyme cascade

c. Modularity: proteins w/ multivalent affinities form diverse signaling  complexes/modules from interchangeable parts

i. “multivalent affinites” = affinity for multiple signaling molecules 

ii. KEY for building: phosphorylation

1. Forms new binding sites

2. Provides reversible points of interaction

d. Desensitization: feedback inhibition

i. Activated receptor triggers shutdown of receptor or removal from cell  surface

ii. Expression turned “off” or “down”

e. Integration: cross­talk between pathways

i. Antagonistic: addition of 2 pathways w/ opposing effects on a metabolic  characteristic 

ii. Regulatory outcome = integrated input of both pathways

1. Some cancellation

2. Net result reveals which pathway predominates

iii. Responsible for generalized immune response (evolutionarily conserved)

3. Understand and be able to describe the basic structure of a G­protein coupled receptor  and its associated heterotrimeric G­protein

a. GPCR: 

i. 3 outer loops: bind epinephrine

ii. 3 inner loops: associate with G­protein

iii. alpha unit: GDP­bound: off; GTP­bound: on

iv. Dissociation  active effector (typically, an enzyme)

v. Beta unit: no lipid tail

b. G­protein: guanosine­nucleotide binding protein

i. Heterotrimeric: 3 subunits ­­ Gsalpha, Gbeta, and Ggamma

1. Gsalpha: contains pocket for GDP binding

a. Activated by epinephrine binding

4. Know the specific changes that occur to the β2AR when epinephrine binds and the  changes that this causes in the G  subunit. α

a. Epinephrine binds to specific receptor  formation hormone receptor complex b. Complex causes GTP to replace GDP  activation Gs­alpha

c. Activated Gs­alpha moves from Gs­beta­gamma  to adenylyl cyclase  activation adenylyl  cyclase

i. One complex may activate many Gs­alpha’s

a. Binding  changes in TM5 / TM6

ii. TM5 shifts down

iii. New loop formed in TM6 (new 2ndary structure)

b.  Alpha subunit on G protein intimately associated w/ receptor; change shape receptor         new interaction w/ alpha subunit

c. TM5 shift  new hydrophobic pocket created so Galpha can shift up

d. F139: phenylalanine

iv. critical in messagement movement

v. without it, epinephrine still binds but no signaling

https://studysoup.com/university­of­alabama­­­tuscaloosa/bsc­450/study guide/bsc­450­final­exam­study­guide?id=94961

Page Expired
It looks like your free minutes have expired! Lucky for you we have all the content you need, just sign up here